200米以上超高坝水库放空洞及其布置方法、用途技术领域
本发明涉及一种水库放空洞，尤其涉及一种200米以上超高坝水库放空洞，同时，本发明涉及该放空洞的布置方法及其用途。
背景技术
我国正处在200米以上超高坝建设的快速发展阶段。截止2012年，我国已建成坝高超过200米的超高坝7座，如小湾大坝坝高294.5米，水布垭大坝坝高233米，光照大坝坝高200.5米；在建的7座，如锦屏一级大坝坝高305米；拟建的8座，如双江口大坝坝高314米。这些已建、在建和拟建的工程发电、防洪等综合效益巨大，对我国国民经济发展有着特别重大的影响。
超高坝承受的水头高、水压力巨大，如小湾、溪洛渡、拉西瓦、二滩大坝坝高分别为294.5米、285.5米、250米、240米。高水头导致水工结构闸门孔口水压力巨大，启闭运行操作、检修维护和更新改造的难度大幅增加，风险性大。根据当前技术水平，工作闸门最大工作水头只能达到160米，高坝工程均无法实现放空，给大坝安全管理、应急处置等带来极大隐患，亟需寻求新型的放空洞设置方法，解决超高坝放空问题。
中国专利CN20440579U公开了一种泄洪放空结构，通过预埋管道和潜水泵采用电力抽水泄洪放空，但不适用于200米以上超高坝的放空问题。中国专利CN10125829公开了一种水库排水或泄洪所用的可控式虹吸排放装置及操作方法，通过在坝顶放置虹吸管来排水或泄洪，初始条件下需电力启动，而且虹吸管管径较小，且需电力抽水，导致泄洪流量低，因此不适用于200米以上超高坝超大库容的放空问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种解决200米以上超高坝水库放空问题的超高坝水库放空洞。
为实现上述目的，本发明的200米以上超高坝水库放空洞，包括设置于山体内的放空洞洞体，所述放空洞洞体具有与位于水库库底的进水口，以及与位于下游的河道相连通的出水口，以及设置在放空洞洞体内的放空闸门，所述放空洞洞体呈倒置的“U”形，所述进水口的高程高于所述出水口的高程，所述放空闸门位于所述放空洞洞体顶部的下游侧。
作为对上述方式的限定，所述放空洞洞体从放空闸门至出水口段的洞径呈逐渐收缩型。
放空洞洞体呈倒置的“U”形并设置于山体内，便于将水库水放空。在放空洞洞体顶部的下游侧设置放空闸门，减小了放空闸门距离超高坝水库水位的高度差，有效降低了放空闸门承载的水压力，解决了超高坝因放空闸门承压水头超过承载能力而不能设置放空洞的问题，而且降低了放空闸门在启闭运行、检修维护和更新改造等过程的操作难度，保证坝体的安全。由于进水口高程高于出水口高程，在水库水位高于放空洞顶部高程且需放空库水时，提升放空闸门，水库水便可在自重作用下自行从出水口流出、放空，不需外加电力和其它设备，不仅节省了资源，而且保障了大坝的安全管理和应急处置。放空洞闸门置于下游侧是为满足闸门上方有足够空间安装闸门启闭设备，并有利于闸门操控。放空洞洞体从放空闸门至出水口段呈逐渐减小的收缩型洞径，是为保证放空过程中，放空洞始终处于有压流状态，避免洞内出现明满流交替的流态，保证放空洞运行安全。
同时，本发明的200米以上超高坝水库放空洞的布置方法包括以下步骤：
步骤一、于山体与位于上游的水库底部连接处设置进水口；
步骤二、于山体与位于下游的河道连接处设置出水口，所述进水口的高程高于所述出水口的高程；
步骤三、在山体内布置连接于进水口和出水口的呈倒置的“U”形的放空洞洞体；
步骤四、于放空洞洞体顶部的下游侧设置放空闸门。
通过控制放空闸门高程，使放空闸门高程与超高坝水库的校核洪水位高程差产生的水压力在放空闸门允许承载压力范围内，解决了当前超高坝因放空闸门承压水头超过承载能力而不能设置放空洞的问题。
作为对上述方式的限定，所述放空洞洞体从放空闸门至出水口段的洞径布置成逐渐收缩型。
同时，本发明的200米以上超高坝水库放空洞的用途为，所述放空洞用于坝高200米以上的超高坝水库的放空。
利用本发明的超高坝水库放空洞，可将现有最大可承载160米压力的工作闸门用做200米以上超高坝水库放空洞的放空闸门，解决了200米以上超高坝因放空闸门承压水头超过承载能力而不能设置放空洞的问题。
综上所述，采用本发明的技术方案，获得的超高坝水库放空洞有效降低了放空闸门承载的水压力，在现有闸门技术条件下解决了200米以上超高坝水库的放空问题，在水库水位高于放空洞顶部高程且需放空水库水时，提升放空闸门，库水便可在自重作用下自行从出水口流出、放空，不需外加电力和其它设备，不仅节省了资源，而且保障了大坝的安全管理和应急处置。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：
图1为本发明实施例的200米以上超高坝水库放空洞布置结构示意图；
图中：11、上游水库底部；12、上游水库校核洪水位；13、上游水库；14、下游河道；21、进水口；22、出水口；31、放空洞洞体；32、放空闸门；41、山体。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种200米以上超高坝水库放空洞。
在200米以上的超高坝水库的山体内设置有如图1所示的放空洞，放空洞洞体31呈倒置的“U”形设置于山体41内，用于连接上游水库和下游河道；放空洞洞体31与上游水库13的连通处设有进水口21，进水口21位于上游水库底部11，放空洞洞体31与下游河道14的连通处设有出水口22，且进水口21的高程高于出水口22的高程，即进水口21距离海平面的高度高于出水口22距离海平面的高度；在放空洞洞体31顶部的下游侧设有放空闸门32，放空闸门32的高程距离上游水库校核洪水位12的高程差视所采用防空闸门32的水压承载能力而定；放空洞洞体31的侧壁密封良好，从放空闸门32至出水口22段的洞径呈逐渐减小的收缩型。
实施例二
本实施例涉及一种200米以上超高坝水库放空洞的布置方法，包括以下步骤：
步骤一：于山体与位于上游的水库底部连接处设置进水口；
步骤二：于山体与位于下游的河道连接处设置出水口，所述进水口的高程高于所述出水口的高程；
步骤三、在山体内布置呈倒置的“U”形的放空洞洞体，且洞体侧壁密封良好；
步骤四、于放空洞洞体顶部的下游侧设置放空闸门，要求放空闸门高程与上游水库校核洪水位高程差产生的水压力不能大于放空闸门的可承载水压；
步骤五：放空洞洞体从放空闸门至出水口段的洞径布置成逐渐减小的收缩型。
由上得到的超高坝水库放空洞有效降低了放空闸门承载的水压力，可将现有最大可承载160米压力的工作闸门用做200米以上超高坝水库放空洞的放空闸门，解决了200米以上超高坝因放空闸门承压水头超过承载能力而不能设置放空洞的问题。在上游水库水位高于放空洞洞体顶部高程且需放空水库水时，提升放空闸门，水库水在自重作用下自行从出水口流出、放空，不需外加电力和其它设备，不仅节省了资源，而且保障了大坝的安全管理和应急处置。